C.2 EFEK PEMAKAIAN LOW PURITY METHANOL TERHADAP KEPEKATAN ASAP (SMOKE OPACITY) PADA MESIN DIESEL DENGAN SISTEM EGR Ria Bagas *, Syaiful Magister Teknik Mesin, Program Pasca Sarjana, Universitas Diponegoro Jl. Prof. Soedharto, Semarang 27. * Email: riobagas7@yahoo.com Abstrak Peningkatan jumlah kendaraan bermotor di Indonesia mengakibatkan tingginya konsumsi penggunaan bahan bakar yang ketersediannya semakin menipis. Selain itu, salah satu emisi gas buang yang ditimbulkan jenis kendaraan mesin diesel adalah emisi soot. Penelitian ini fokus mempelajari tentang pengaruh campuran low purity methanol terhadap kepekatan asap (smoke opacity) pada mesin diesel Isuzu 4JB1 yang dilengkapi dengan sistem EGR (Exhaust gas recirculation). Bahan bakar yang digunakan adalah campuran solar dan low purity methanol (LPM) yang mempunyai kadar air 24,88% basis volume. Rasio campuran solar- LPM yang digunakan adalah /, 9/, 9/ dan 8/ % pada volume basis. Bukaan EGR divariasikan dari hingga %. Eksperimen ini dilakukan pada putaran mesin 2 rpm. Mesin di beri pembebanan dari 2% sampai % dengan interval 2%. Sebuah smokemeter tipe OTC 49 digunakan untuk mengukur kepekatan asap dari gas buang mesin diesel. Hasil pengujian menunjukkan bahwa penambahan methanol pada bahan bakar dapat menurunkan kepekatan asap dari gas buang mesin diesel. Kata kunci: Low Purity Methanol (LPM), EGR (Exhaust gas recirculation), kepekatan asap PENDAHULUAN Menipisya cadangan bahan bakar fosil dan meningkatnya polusi udara yang mengakibatkan pemanasan global terjadi karena adanya peningkatan jumlah kendaraan bermotor. Berdasarkan data statistik perkembangan jumlah kendaraan bermotor tahun 2, sebesar 18.97.344 juta meningkat menjadi 8.61.31 juta pada tahun 211 (BPS, 211). Dengan semakin tingginya jumlah kendaraan bermotor di Indonesia maka penggunaan konsumsi bahan bakar di Indonesia mengalami peningkatan sebesar 1.43 juta barel per hari, berdasarkan data statistik review of world energy pada tahun 212 (BPSW, 212). Semakin menipisnya cadangan bahan bakar fosil dapat mempengaruhi kebutuhan konsumsi bahan bakar di Indonesia. pada tahun 211 Indonesia tercatat mampu memproduksi minyak sebesar 942 juta barel per hari. Jumlah tersebut dapat diartikan bahwa produksi bahan bakar minyak lebih rendah dari kebutuhan bahan bakar minyak untuk kendaraan bermotor di Indonesia. Perkembangan kendaraan bermotor selain mengakibatkan tingginya konsumsi bahan bakar yang bersumber dari bahan bakar fosil, juga memiliki masalah pencemaran udara yang ditimbulkan dari emisi gas buang. Mesin diesel merupakan salah satu jenis kendaraan bermotor yang memiliki keuntungan karena kehandalanya, efisiensi pembakaran yang tinggi, mampu digunakan sebagai kendaraan angkut beban berat tetapi memiliki kekurangan dengan tingginya emisi gas buang yang ditimbulkan (Zhiqiang, 211). Emisi gas buang yang ditimbulkan oleh mesin diesel diantaranya CO 2, CO, Pb, NOx, PM (Asif F, 1996). Emisi gas buang ini juga berdampak buruk bagi kesehatan manusia. Oleh karena itu perlu adanya suatu cara untuk mereduksi tingginya emisi yang ditimbulkan dari gas buang mesin diesel yaitu dengan memodifikasi mesin dan sistem pembakaran yang ada atau dengan memberikan suatu aditif bahan bakar. Metanol merupakan salah satu aditif bahan bakar yang dapat digunakan karena sifat-sifat metanol yang dapat diatomisasi, diinjeksikan, dicampur serta high oxygen content. High oxygen content diperlukan sebagai syarat terjadinya proses oksidasi bahan bakar di ruang bakar, sehingga dapat mengimprovisasi nilai brake thermal efficiency serta menurukan emisi (Lei Z, 2). Selain Prosiding SNST ke-4 Tahun 213 Fakultas Teknik Universitas Wahid Hasyim Semarang 7
Efek Pemakaian Low Purity Methanol terhadap (Ria Bagas dan Syaiful) itu metanol memiliki dampak negatif yang lebih kecil terhadap lingkungan daripada gasoline dan benzene. Hal ini disebabkan karena sifat-sifat sifik metanol yang dapat bercampur sempurna dengan air dan terdegradasi cepat di atmosfir dan dapat terurai pada permukaan air dan di bawah tanah (http://www.batan.go.id). EGR merupakan salah satu cara yang digunakan untuk mereduksi tingginya emisi NOx yang ditimbulkan mesin diesel akibat tingginya temperature di dalam ruang bakar (Asif F, 1996; Vinod S, 212). EGR (Exhaust Gas Recirculation) yaitu suatu metode dengan mensirkulasikan sebagian gas buang ke dalam intake manifold yang kemudian bercampur dengan udara luar untuk dan masuk ke dalam ruang bakar (V Pradeep, 27). Tingginya emisi NOx pada mesin diesel dapat direduksi dengan menggunakan EGR, karena EGR dapat mengurangi konsentrasi udara di dalam ruang bakar sehingga temperatur di dalam ruang bakar menurun. Metode EGR diklasifikasikan berdasarkan temperatur yaitu hot EGR dan cold EGR. Hot EGR, suatu metode dengan mensirkulasikan sebagian gas buang ke dalam ruang bakar tanpa menggunakan media penukar panas. Cold EGR, dilakukan dengan mensirkulasikan sebagian gas buang ke dalam ruang bakar melalui media penukar panas (L Nirajan, 29). Pada penelitian ini, cold EGR akan digunakan dengan media penukar panas yaitu heat exchanger. Cold EGR bertujuan untuk mereduksi tingginya NOx karena temperatur sebagian gas buang yang masuk ke dalam ruang bakar pada keadaan rendah. Pada penelitian ini, akan diteliti pengaruh emisi smoke opacity pada mesin diesel terhadap penggunaan cold EGR dan campuran bahan bakar diesel dan metanol kadar rendah. METODOLOGI Penelitian ini menggunakan mesin diesel 4 silinder, 4 langkah 28 cc, dengan menggunakan prosentase campuran bahan bakar LPM %, LPM %, dan LPM % menggunakan Cold EGR. Pada pengujian ini, setiap prosentase campuran bahan bakar diberi beban penuh dengan 2% katub bukaan gas buang. Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui karakteristik performa dan emisi soot. Penelitian ini menggunakan dynamometer untuk mengukur kepekatan asap (Smoke Opacity) dari gas buang mesin diesel, termokopel tipe-k untuk mengukur temperatur kerja selama pengujian, buret untuk mengukur konsumsi bahan bakar, manometer pipa U untuk mengukur tekanan dan opacimeter untuk mengukur emisi soot. Tabel 1. Spesifikasi Mesin Diesel. Tabel 2. Sifat-sifat bahan bakar diesel dan low purity methanol (LPM). 8 ISBN 978-62-99334-2-
C.2 Gambar. 1 menunjukkan skema diagram penelitian, yaitu (1) Mesin diesel, (2) Dinamometer, (3) Pompa air, (4) Tangki air, () Katub EGR, (6) Katub beban, (7) Manometer EGR, (8) Manometer intake, (9) Temperatur gas buang, () Temperatur input EGR, (11) Temperatur Output EGR, (12) Temperatur intake, (13) Temperatur air pendingin, (14) Engine speed, () Load display, (16) Tangki bahan bakar, (17) Buret, (18) Katub bahan bakar, (19) Fuel pump, (2) Tachometer. Gambar 1. Skema sistem eksperimental. HASIL DAN PEMBAHASAN 2 2 OEV D OEV % OEV 2% OEV % OEV 7% OEV % 2 7 OEV D9M OEV % OEV 2% OEV % OEV 7% OEV % 2 7 Gambar 2. Variasi smoke opacity dengan perbedaan opening EGR valve pada variasi beban dengan bahan bakar Diesel murni. Prosiding SNST ke-4 Tahun 213 Fakultas Teknik Universitas Wahid Hasyim Semarang 9
Efek Pemakaian Low Purity Methanol terhadap (Ria Bagas dan Syaiful) Gambar 3. Variasi smoke opacity dengan perbedaan opening EGR valve pada variasi beban dengan bahan bakar campuran Diesel dan LPM %. 2 OEV D9M OEV % OEV 2 % OEV % OEV 7 % OEV % 2 OEV D8M OEV % OEV 2 % OEV % OEV 7 % OEV % 2 7 Load (%) 2 7 Gambar 4. Variasi smoke opacity dengan perbedaan opening EGR valve pada variasi beban dengan bahan bakar campuran Diesel dan LPM %. Gambar. Variasi smoke opacity dengan perbedaan opening EGR valve pada variasi beban dengan bahan bakar campuran Diesel dan LPM %. Pada gambar 2, gambar 3, gambar 4, gambar menunjukan efek EGR terhadap emisi smoke pada variasi beban menggunakan bahan bakar diesel murni. Smoke opacity meningkat dengan meningkatnya beban. Hal ini diakibatkan karena adanya peningkatan bahan bakar yang diinjeksikan ke dalam ruang bakar sehingga carbon yang tidak teroksidasi meningkat mengakibatkan pembakaran tidak sempurna. Pengaruh EGR pada penelitian ini mengakibatkan meningkatnya smoke opacity. Hal ini dikarenakan menurunnya konsentrasi oksigen di dalam ruang bakar dengan meningkatnya prosentase opening EGR valve (Deepark. A, 26). Pada gambar 2 nilai smoke opacity meningkat 21,71% ketika menggunakan bahan bakar diesel % untuk beban % dengan opening EGR valve % terhadap opening EGR valve %. Pada gambar 3 dengan menggunakan OEV % untuk beban %, nilai smoke opacity meningkat 23,9% terhadap OEV % pada beban yang sama. Pada gambar 4 beban % dengan OEV %, nilai smoke opacity meningkat 24,28% terhadap OEV % pada beban yang sama. Pada Gambar. nilai smoke opacity meningkat 2% dengan OEV % terhadap OEV % pada beban %. 2 2 OEV % D D9LPM D9LPM D8LPM OEV 2% D D9LPM D9LPM D8LPM 2 7 2 7 Gambar 6. Variasi smoke opacity dengan perbedaan campuran bahan bakar pada variasi beban dengan menggunakan opening EGR valve %. ISBN 978-62-99334-2-
Opacity [%] C.2 Gambar 7. Variasi smoke opacity dengan perbedaan campuran bahan bakar pada variasi beban dengan menggunakan opening EGR valve 2%. 2 2 OEV 7% D D9LPM D9LPM D8LPM OEV % D D9LPM D9LPM D8LPM 2 7 2 7 Gambar 8. Variasi smoke opacity dengan perbedaan campuran bahan bakar pada variasi beban menggunakan opening EGR valve %. Gambar 9. Variasi smoke opacity dengan perbedaan campuran bahan bakar pada variasi beban menggunakan opening EGR valve 7%. 2 OEV % D D9LPM D9LPM D8LPM 2 7 Gambar. Variasi smoke opacity dengan perbedaan campuran bahan bakar pada variasi beban menggunakan opening EGR valve %. Pada gambar 6, gambar 7, gambar 8, gambar 9, gambar, menunjukan pengaruh penambahan LPM terhadap menurunya nilai smoke opacity. Hal ini dikarenakan metanol memiliki konsentrasi O 2 yang tinggi sehingga bahan bakar yang teroksidasi semakin meningkat mengakibatkan menurunnya smoke opacity (Lei Z, 2). Gambar.6 menunjukan penurunan nilai smoke opacity sebesar 11,% pada beban % dengan OEV % menggunakan campuran bahan bakar D8LPM terhadap D pada beban yang sama. Gambar 7 penurunan nilai smoke opacity sebesar,% terjadi pada beban % dengan OEV 2% menggunakan campuran bahan bakar D8LPM terhadap D pada beban yang sama. Pada gambar 8 nilai smoke opacity menurun 8,41% pada beban % dengan OEV % menggunakan campuran bahan bakar D8LPM terhadap D pada beban yang sama. Pada gambar 9 nilai smoke opacity menurun 6,79% pada beban % dengan OEV 7% menggunakan campuran bahan bakar D8LPM terhadap D pada beban yang sama. Pada gambar penurunan nilai smoke opacity sebesar 7,% terjadi pada beban % dengan OEV % menggunakan campuran bahan bakar D8LPM terhadap D pada beban yang sama. Prosiding SNST ke-4 Tahun 213 Fakultas Teknik Universitas Wahid Hasyim Semarang 11
Efek Pemakaian Low Purity Methanol terhadap (Ria Bagas dan Syaiful) KESIMPULAN Berdasarkan hasil penelitian, dapat disimpulkan bahwa smoke opacity meningkat dengan meningkatnya beban dengan menggunakan campuran bahan bakar Diesel dan LPM pada opening EGR valve yang berbeda. Pada penelitian ini smoke opacity meningkat dengan meningkatnya opening EGR valve sedangkan penambahan Low Purity Methanol pada bahan bakar Diesel dapat mereduksi smoke opacity. DAFTAR PUSTAKA Asif Faiz, Walsh Michael P., Weaver Christopher S., (1996), Air Pollution From Motor Vehicles, Standards and Technologies for Controlling Emissions, The World Bank Washington, D.C, USA. Badan pusat statistic, (211), Perkembangan Jumlah Kendaraan Bermotor Menurut Jenis tahun 1987-29. BP Statistical Review of World Energy June 212. Deepak A, (211), Effect of Exhaust Gas Recirculation (EGR) on Perfomance, Emissions, Deposits and Durability of a Constant SpeedCompression Ignition Engine, Applied Energy (88), ScienceDirect, pp. 29-297. Lei Zhu, C.S. Cheung, W.G. Zhang, Zhen Huang, (2), Emissions Characteristic of a Diesel Engine Operating on Biodiesel and Biodiesel Blended with Ethanol and Methanol, International Journal of the Total Enviroment (48), ScienceDirect, pp. 914-921. L. Nirajan, Shinjo (212), Experimental Investigation on The Effects of Cold and Hot EGR Using Diesel and Biodiesel as Fuel, India, Department of Mechanical Engineering. Soedyartomo, (212), Prospek Metanol untuk Bahan Bakar, (www.batan.co.id, diakses tanggal 3 November 212). V. Pradeep, R.P. Sharma, (27), Use of Hot EGR for NOx Control in a Compression Ignition Engine Fuelled with Bio-diesel from Jatropha Oil, International Journal of Renewable Energy (32), ScienceDirect, pp. 1136-14. Zhiqiang Guo, Tianrui Li, (211), Combustion and Emission Characteristic of Blends of Diesel Fuel and Methanol to Diesel, International Journal of Fuel (9), ScienceDirect, pp. 13-138. 12 ISBN 978-62-99334-2-